|
作者：郭慶春 來源：嵌入式公社 近日，FPGA領先廠商Altera公司宣布推出帶有收發器的低功耗、低成本Cyclone IV FPGA。Altera非常重視該產品在中國市場的推廣，公司產品及企業市場副總裁Vince Hu先生專程來到北京，向媒體詳細介紹了新產品的特點和應用。 Cyclone系列是Altera公司的低成本FPGA器件，適合成本敏感的大批量應用。Altera期望以Cyclone FPGA替代目前的ASIC或ASSP。Hu先生說，與ASSP相比，FPGA器件具有許多優勢。以工業以太網應用為例，FPGA供貨時間持久，而ASSP則不會超過20年，但工業設備的壽命卻往往超過這個長度。如果采用ASSP，用戶必須備有大量庫存，這將對公司財務構成很大的壓力。如果客戶引進新的技術，比如重新改版，采用ASSP也會增加很大的成本開銷。而FPGA則非常靈活，因為它支持多種主流協議。即使從短期系統成本上看，采用低成本的FPGA也與采用ASSP相當。 集成了3.125 Gbps收發器的Cyclone IV GX FPGA的首款型號為EP4CGX15，將于2010年第一季度開始量產發售。該系列非常適合無線、固網、廣播、工業和消費類領域的低成本、小外形封裝應用，如手持式軟件無線電、視頻和圖像處理設備以及無線客戶前端設備等。 Cyclone IV GX FPGA包括150K邏輯單元（LE）、6.5M RAM、360個乘法器以及8個支持主流協議的集成3.125 Gbps收發器。支持的協議包括PCI Express、千兆以太網（SGMII、1000BASE-X）、SDI、10G以太網（XAUI）、CPRI、OBSAI、Serial RapidIO、DisplayPort、V-by-One和SATA。該器件尺寸為11 x 11 mm，據稱是業界最小的收發器FPGA，功耗比以前的Cyclone產品低25%，系統成本比不帶收發器的FPGA低30%。 Cyclone IV GX FPGA 是在現有Altera現有Cyclone 系列的擴展，增加了收發器功能。Altera公司之前已有帶收發器的FPGA（參見集成收發器的40nm 系列FPGA）。與高端系列如Stratix IV相比，Cyclone IV針對一些相對低端、低功耗、對速度要求也不很高的應用，如工業以太網、消費類視頻等，而Stratix IV主要是有線和無線通信應用，對于性能、速度上都是最高的要求，收發器數目也要求很高。 Hu先生介紹說，市場需求的變化為Cyclone IV GX帶有諸多機遇。例如，為支持智能手機上的高清晰度視頻，無線網絡需要提供更高的接入帶寬。而亞洲、拉美這些經濟增長的地區，對于3G 業務的需求是不停的增長，同時對成本要求更低。在消費類的視頻顯示領域，一方面新的技術在不斷出現（如高清晰度視頻以及3D立體視頻）需要有更高的帶寬，另一方面成本也要求越來越低。在過去的兩年里，這種最終視頻產品價格不斷下降（高清液晶電視的價格下降了60%），要求廠商尋找更便宜的芯片解決方案。在工業以太網應用領域，工業以太網需要支持各種不同的標準，而標準ASSP不能提供這些支持，已有的專用芯片或者定制的ASIC 成本上可以滿足這種目標，但靈活性差，不能支持不斷演進的多種標準。另外，專用芯片的停產問題也限制其在工業上的應用。 Hu先生稱，Altera在收發器上有很強的技術積累。去年第四季度，Altera推出Stratix IV GX FPGA，今年第一季度推出第一個收發器性能達到11.3G 的STRATIX IV GT FPGA，今年下半年推出中端的ARRIA II GX FPGA，現在又推出了Cyclone IV。 
圖1：Altera帶收發器的FPGA產品 Cyclone IV FPGA最大可以達到150K邏輯單元，通過新的Quartus II 軟件9.1 提供支持。采用60納米低功耗工藝制造，片上集成的PCIE硬core提供了最小密度的FPGA。之所以采用60nm而不是Altera最先進的40 納米的工藝，Hu先生解釋說，因為從性能上看，60nm 低功耗工藝已經能夠達到目標。60 納米非常成熟，成品率其實已經到了很理想的狀態，所以成本低、量產快。為了簡化整個系統的設計，Cyclone IV GX只需要兩個供電電源（分別為內核和收發器供電）。另外選擇Wirebond 的封裝以降低成本。 Cyclone IV FPGA 在低功耗、低成本方面達到了新的水平。Cyclone IV FPGA 15K邏輯單元的帶收發器的FPGA批量價格（250K 片）可以低至6 美元，可以應用到廣播視頻采集設備以及工業以太網。 Hu先生以液晶電視為例來說明帶有收發器的Cyclone IV FPGA如何降低了系統成本。圖2中的上半部是普通液晶電視的框圖。左邊是信號的調諧部分，得到的視頻信號經過一組36 對的LVDS線傳遞到后面的面板上，處理芯片可以是ASIC，也可以是FPGA。這個方案需要比較貴的連接器，另外面板上的FPGA 需要支持，意味著封裝里提供這么多引腳，整個封裝成本也是比較高的。隨著接口標準演進，現在可以采用一種稱為稱之為V x 1的協議，如圖2下部所示。這樣可以使用4對走線，從而只需便宜的接插件，采用更小的封裝達到成本的降低。這種演進不僅是接口走線的減少。下一代電視里，除了接口走線的減少，另一方面在清晰度方面也從2K的分辨率提高到4 千線的分辨率。另外也逐漸的支持三維視頻的顯示，對于色度空間的解度由8 比特提高到10、12 比特，在此FPGA 提供更多的靈活性。廠商可以在一個硬件設上實現具有不同功能，可以支持多種視頻標準的不同產品型號。Cyclone IV FPGA 的成本也可以和專用芯片相近，成本上也有很強的競爭力。
圖2：Cyclone IV FPGA降低電視接收機視頻處理成本 Hu先生舉的另外一個例子是廣播級視頻采集卡，結構如圖3所示。左邊是多路的視頻輸入，視頻格式可以是SD 標清，高清和全高清的視頻輸入。這些視頻輸入通過板上的均衡器，通過外部的收發器，轉換成并行信號引入到FPGA。采集的信號通過PCI EXPRESS 和主機PC 通信。在下一代的視頻采集卡的產品當中，大家可以看到，通過Cyclone IV FPGA 可以集成所有的包括PCIE 橋接的所有收發器，可以節省30%的系統成本。
圖3：Cyclone IV FPGA降低視頻采集成本 |
